Многосекционный роторно-лопастной двигатель. Лопастной роторный двигатель


Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания с переменной скоростью вращения рабочих элементов. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит корпус с цилиндрической рабочей полостью, два соосных рабочих вала один в другом, к одним торцам которых присоединены диски с диаметрально расположенными секторными лопастями, вращающимися в рабочей полости корпуса, а ко вторым торцам рабочих валов присоединены ведущие шестерни дифференциала с выходным валом двигателя. Согласно изобретению он содержит сдвоенный мальтийский механизм, причем один крест механизма повернут относительно другого на половину угла мальтийского креста, а дифференциал преобразует вращательно-прерывистое движение рабочих валов во вращение выходного вала двигателя с постоянной угловой скоростью. 2 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в областях техники, где при эксплуатации не ожидается резких изменений внешних нагрузок, рывков (авиация, морской флот).

Целью создания роторных двигателей является устранение из конструкции поршня, коленчатого вала, шатуна, не участвующих непосредственно во вращении, а преобразующих возвратно-поступательное движение поршня во вращение выходного вала с затратой соответствующего количества энергии на это преобразование. Основная трудность заключается в создании рабочего объема, в котором газы при горении и расширении через лопасть могли бы передавать крутящий момент рабочему валу, соединенному с этой лопастью. Это можно осуществить, если газы, расширяясь, будут опираться на неподвижную, застопоренную лопасть, поворачивая при этом подвижную в данный момент другую лопасть. Вторая трудность - преобразование движений частей двигателя во вращение выходного вала двигателя с постоянной угловой скоростью. Решение названной задачи описано в а.с. СССР N 847937, кл. F 02 В 55/00, пр. 02.04.71 г. Представлен роторный двигатель внутреннего сгорания, имеющий корпус с кольцевой рабочей камерой, лопасти на соосных валах, неравномерно вращающиеся и кинематически связанные с выходным валом, который вращается с постоянной угловой скоростью. Лопасти периодически, попеременно изменяют угловую скорость вращения, создавая между собой изменяющиеся рабочие объемы, что недостаточно эффективно с точки зрения степени сжатия рабочего тела. Двигатель сложен по конструкции, отличается сложной схемой преобразования движений. Известна роторная машина, заявленная в а.с. СССР 1244356, кл. F 01 C 1/063, пр. 10.11.74 г. Машина имеет цилиндрический корпус, два ротора в нем, выполненные в виде торцевых дисков с пустотелыми лопастями, закрепленные на коаксиальных валах и связанные механизмом преобразования и выходной вал, соединенный с внутренним коаксильным валом. В этой машине рабочие объемы также создаются неравномерно вращающимися лопастями, что, учитывая высокую сложность кинематики, малоэффективно при регулировке степени сжатия горючей смеси в рабочих объемах. Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому роторно-лопастному двигателю является роторный двигатель, созданный по а.с. СССР 1318704, пр. 03.04.85 г., содержащий цилиндрическую полость с размещенными в ней секторными лопастями, установленными на соосных валах, и механизм преобразования движений лопастей, выполненный в виде пары рычагов, соединенных с валами лопастей, и кулисы, установленной на выходном валу и взаимодействующей с роликами рычагов, при этом кулиса присоединена к выходному валу шарнирами и имеет кольцевой копир с двумя участками профилей различной высоты обеспечения качания кулисы в плоскости рычагов. Механизм преобразования эффективно создает рабочие объемы для работы двигателя и создания постоянной угловой скорости выходного вала. Достигается это сложностью механизма, а также сложностью кинематики всех составных частей. Кроме этого, применение возвратно-поступательного движения все же используется, хоть и для решения иных задач. Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности работы двигателя. Она достигается тем, что в двигателе, имеющем корпус с цилиндрической рабочей полостью, два соосных вала (один в другом, внешний и внутренний), к одному торцу которых присоединены диски с диаметрально расположенными секторными лопастями, вращающимися в полости корпуса, создавая рабочие объемы между собой; сдвоенный мальтийский механизм, взаимодействующий с дисками, причем один крест механизма повернут относительно другого на половину угла креста; на вторых торцах соосных валов закреплены ведущие шестерни дифференциала с выходным валом на водиле, впускной и выпускной патрубки, свечу зажигания, подшипники; рабочие объемы создаются вращением одной пары лопастей при застопоренной в это время другой паре. Таких рабочих объемов - четыре и во всех одновременно происходят рабочие циклы двигателя. Сущность изобретения представлена на чертежах: фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 изображен принципиальный вид предлагаемого роторно-лопастного двигателя, где обозначено: 1 - корпус с цилиндрической полостью, 2 - диск с лопастью на торце внутреннего из соосных рабочих валов (вторую лопасть не видно), 3 - диск с лопастью на торце внешнего рабочего вала, 4 - сдвоенный мальтийский механизм, 5 - ведущая шестерня дифференциала на внешнем рабочем валу, 6 - водило дифференциала с шестеренчатыми колесами и выходным валом 8, 7 - ведущая шестерня на внутреннем рабочем валу, 9 - подшипники, на которых вращаются валы, дифференциал со своими колесами, сдвоенный мальтийский крест, 10 - впускной патрубок, 11 - выпускной патрубок (их место обозначено пунктиром). На фиг.2 представлены сечения цилиндрической полости корпуса - 1 с различными положениями лопастей. Незаштрихованными обозначены лопасти внутреннего вала, заштрихованные лопасти соединены с внешним рабочим валом (в рабочей полости его нет), "стопор" - условное обозначение действия мальтийского механизма. Показаны четыре взаимоположения лопастей, когда рабочие валы совершают повороты в 180 градусов. Положение - I соответствует изображенному на фиг.1. В этом положении лопасть 3 с внешним валом зафиксирована мальтийским крестом. Второй крест, сдвоенный с первым и сдвинутый по углу относительно него, дает возможность лопасти 2 с внутренним валом провернуться за счет "рабочего хода", происходящего в объеме между лопастями 0 и 1 (зона "В"). Ведущая шестерня 7 поворачивается вместе с внутренним валом, поворачивая сателлиты водила 6, которые, прокатываясь по застопоренной шестерне 5, поворачивают водило 6 с выходным валом двигателя 8. Во время поворота в зоне "А" между лопастями 3 и 2 происходит "впуск," в зоне "Б" происходит "сжатие" (объем между лопастями 0 и 2 уменьшается), в зоне "Г" - "выхлоп" (объем между лопастями 3 и 1 также уменьшается). В определенном положении лопасти 2, зависящем от степени сжатия и "опережении зажигания", искрой свечи поджигается горючая смесь в объеме 0-2. Мальтийский крест освобождает лопасти 3 и 0, и они начинают вращаться под действием горящих газов, а лопасти 1 и 2 занимают положение в рабочей полости корпуса 1, ранее занимаемое лопастями 3 и 0, и фиксируются вторым крестом мальтийского механизма, стопоря лопасть 1 (положение II). Лопасти 3 и 0 поворачиваются до 180o, пока лопасть 0 не зафиксируется первым крестом (положение III). В положении IV внутренний вал совершил пол-оборота. При этом дифференциал преобразует вращательно-прерывистое движение рабочих валов во вращение выходного вала двигателя с постоянной угловой скоростью. За полные обороты двух рабочих валов совершается шесть "рабочих ходов" двигателя. Обороты выходного вала двигателя зависят от передаточного отношения дифференциала.

Формула изобретения

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрической рабочей полостью, два соосных рабочих вала один в другом, к одним торцам которых присоединены диски с диаметрально расположенными секторными лопастями, вращающимися в рабочей полости корпуса, ко вторым торцам рабочих валов присоединены ведущие шестерни дифференциала с выходным валом двигателя, и сдвоенный мальтийский механизм, взаимодействующий с дисками, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения эффективности за счет регулируемого создания рабочих объемов двигателя применен сдвоенный мальтийский механизм, причем один крест механизма повернут относительно другого на половину угла мальтийского креста, а дифференциал преобразует вращательно-прерывистое движение рабочих валов во вращение выходного вала двигателя с постоянной угловой скоростью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в роторных двигателях внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям с переменной скоростью вращения поршней

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в роторно-лопастных двигателях внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям с переменной скоростью вращения лопастей

Изобретение относится к машиностроению, а именно к роторным двигателям

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к роторным двигателям внутреннего сгорания

Изобретение относится к машиностроению, в частности к объемным роторным машинам, и может быть использовано в компрессорах, насосах и двигателях внутреннего сгорания

Изобретение относится к транспорту и, в частности к конструированию автомобилей

Изобретение относится к гидропневмомашиностроению и может быть использовано в качестве насоса, компрессора или двигателя

Изобретение относится к технике для изготовления героторных механизмов винтовых гидромашин, а именно к устройствам для ориентированной сборки модулей роторов и статоров этих механизмов

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в роторно-поршневых двигателях внутреннего сгорания

Изобретение относится к героторным гидромашинам для нефтяных и газовых скважин и может использоваться в гидромоторах общего назначения

Изобретение относится к героторным механизмам винтовых забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин, к винтовым насосам для добычи нефти и перекачивания жидкостей, а также к винтовым гидромоторам общего назначения

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к оборудованию для сервисного обслуживания гидравлических забойных двигателей (ГЗД), и предназначено для обкатки и проведения испытаний как новых ГЗД, так и после проведения ремонта

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в двигателестроении для транспортных средств и стационарных энергетических установок

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к оборудованию для сервисного обслуживания винтовых забойных двигателей (ВЗД) и предназначено для нанесения смазочных материалов (консервации) на трущиеся поверхности внутренних деталей и узлов ВЗД после проведения испытаний как новых, так и прошедших капитальный ремонт ВЗД

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания с переменной скоростью вращения рабочих элементов

www.findpatent.ru

роторно-лопастной двигатель г.п. краюшкина - патент РФ 2298651

Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигателестроения, и может найти применение при проектировании и производстве двигателей внутреннего сгорания. Роторно-лопастной двигатель содержит корпус, имеющий радиальные перегородки, установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси ротор с радиальными лопастями, взаимодействующими с внутренней кольцевой поверхностью корпуса и с радиальными перегородками, а также уплотнения для герметизации зон контакта лопастей ротора с внутренней кольцевой поверхностью корпуса. Уплотнения выполнены в виде пластин уплотнения, размещенных в пазах на вершинах лопастей, и противовесов, соединенных с указанными пластинами через зубчатые штоки, установленные между ними в лопастях. Радиальные перегородки выполнены в виде выдвижных створок, установленных в пазах, выполненных в теле корпуса. Внутренний объем корпуса разделен створками на две рабочие зоны: воздушную, состоящую из полостей всасывания и сжатия воздуха, и топливную, состоящую из полостей рабочего хода и выхлопа. Каждая полость снабжена впускным или выпускным окном. Полость рабочего хода соединена с впускным окном и предкамерой сгорания, которая выполнена в теле двигателя, при этом двигатель дополнительно снабжен системой распыления и воспламенения топливной смеси, системой подачи высокого давления рабочего хода на створки, системой продувки отработанных газов из предкамеры сгорания после рабочего хода и системой герметизации торцевых стенок лопастей с торцевыми стенками цилиндра в зоне контакта и компенсации износа указанных стенок. 5 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигателестроения, и может найти применение при проектировании и производстве двигателей внутреннего сгорания.

Известны роторно-лопастные двигатели, например роторная машина по патенту RU 21708535 C1, автор и заявитель Абросимов В.П., опубликованному 20.07.2001 г., кл. МПК F02B 53/00, бюл. №20, содержащая лопастной роторный двигатель с системами питания, смазки и охлаждения, и смонтированные на его валу роторные нагнетатель и газосос. Цилиндр двигателя выполнен многослойным с внутренними газовыми рекуперационными каналами. В систему питания введен воздушный ресивер, выхлопной патрубок нагнетателя соединен с ресивером непосредственно, а камера выхлопа двигателя - с камерой всасывания газососа.

Недостатком известной машины является сложность ее конструкции и большие трудозатраты в изготовлении вследствие необходимости изготовления сложных деталей для работы роторной машины, нагнетателя и газососа, которые составляют 2/3 роторов, кроме того, для приготовления рабочей смеси и ее воспламенения необходимо также изготовить систему трубопроводов, ресивер, систему зажигания двух напряжений с двумя свечами, работающими на разных напряжениях.

Наиболее близким к заявленному изобретению является роторно-лопастной двигатель по патенту WO 01/48359 А1, 05.07.2001, F02В 54/00, содержащий корпус, имеющий радиальные перегородки, установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси ротор с радиальными лопастями, взаимодействующими с внутренней кольцевой поверхностью корпуса и с радиальными перегородками, а также уплотнения для герметизации зон контакта лопастей ротора с внутренней кольцевой поверхностью корпуса, при этом радиальные перегородки выполнены в виде выдвижных створок, установленных в пазах, выполненных в теле корпуса, а внутренний объем корпуса разделен створками на рабочие зоны: воздушную, состоящую из полостей всасывания и сжатия воздуха, и топливную, состоящую из полостей рабочего хода и выхлопа, причем каждая из указанных полостей снабжена впускным или выпускным окном, а полость рабочего хода соединена впускным окном с предкамерой сгорания, которая выполнена в теле двигателя и снабжена системой синхронизации момента подачи воздуха в предкамеру сгорания с положением лопастей ротора и системой подготовки топливной смеси. Известный двигатель выполнен в двух вариантах: медленного вращения и быстрого вращения. Двигатель медленного вращения имеет две радиальные лопасти, две радиальные перегородки и две предкамеры сгорания. Полость рабочего хода (расширения) сообщается с предкамерой сгорания через «вентиль всасывания и расширения» в зависимости от того, какой цикл идет в этой полости, если рабочий ход - то открыт вентиль на камеру сгорания, если идет всасывание - то открыт на патрубок всасывания. Полость сжатия сообщается через «вентиль сжатия и выхлопа» с предкамерой сгорания в зависимости от того, какой идет цикл в этой полости, если сжатие - то открыт вентиль на камеру сгорания через патрубок и полностью сжатый воздух в конце цикла сжатия вытесняется в камеру сгорания, а если выхлоп - то открыт на патрубок выхлопа - наружу. Двигатель быстрого вращения имеет в корпусе цилиндра ротор с одной лопастью, одной перегородкой, в котором перегородка будет перемещаться возвратно-поступательно только один раз за оборот ротора, но для полного цикла двигателя необходимо два роторных цилиндра с одной перегородкой, одной лопастью и одной камерой сгорания, в которых будет попеременно меняться цикл: рабочий ход - сжатие, всасывание - выхлоп. Камеры сгорания снабжены каждая форсункой топлива, свечой зажигания и нагревательным электрическим элементом.

Недостатком известного двигателя является то, что в конструктивном варианте имеются вентили всасывания и расширения, в которых имеются отверстия, через которые проходит расширяющийся газ из камеры сгорания в полость рабочего хода, срок службы вентилей будет мал из-за прогорания. Не решен вопрос входа перегородок в цилиндр при высокой скорости вращения лопастей, т.к. они могут не успевать возвращаться для прижатия к лопастям во время отхода лопастей от перегородок до 90° поворота ротора, из-за чего нарушится герметичность полостей, при этом двигатель не обеспечит циклы: всасывания, сжатия, рабочего хода и выхлопа. В двигателе не предусматривается продувка камеры сгорания после рабочего хода, поэтому кпд снижается. Подготовка топливной смеси предусматривается только форсункой топлива, которая потребует более дорогостоящую топливную аппаратуру, чтобы получить качественную топливную смесь. Для воспламенения топливной смеси требуется свеча зажигания с системой зажигания и электрический подогреватель. Не предусмотрено охлаждение ротора в цилиндре, из-за чего срок службы ротора снижается. Для изготовления роторного двигателя на высоких скоростях вращения необходимо два одинаковых роторных цилиндра, составляющих роторный двигатель, из-за чего увеличивается трудоемкость, повышается стоимость изготовления и увеличиваются габариты.

В известном роторно-лопастном двигателе не решен вопрос повышения срока службы пластин уплотнения, установленных в зоне контакта вершин лопастей с внутренней поверхностью цилиндра для герметизации места контакта, которые очень быстро изнашиваются от действия центробежных сил, особенно при высоких скоростях.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение срока службы двигателя за счет увеличения ресурса пластин уплотнения и увеличение скорости вращения ротора.

Поставленная задача решается в предлагаемом роторно-лопастном двигателе, содержащем корпус, имеющий радиальные перегородки, установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси ротор с радиальными лопастями, взаимодействующими с внутренней кольцевой поверхностью корпуса и с радиальными перегородками, а также уплотнения для герметизации зон контакта лопастей ротора с внутренней кольцевой поверхностью корпуса, при этом упомянутые уплотнения выполнены в виде пластин уплотнения, размещенных в пазах на вершинах лопастей, и противовесов, соединенных с указанными пластинами через зубчатые штоки, установленные между ними в лопастях. При этом радиальные перегородки выполнены в виде выдвижных створок, установленных в пазах, выполненных в теле корпуса, при этом внутренний объем корпуса разделен створками на две рабочие зоны: воздушную, состоящую из полостей всасывания и сжатия воздуха, и топливную, состоящую из полостей рабочего хода и выхлопа, причем каждая из указанных полостей снабжена впускным или выпускным окном, а полость рабочего хода соединена через упомянутое окно с предкамерой сгорания, которая выполнена в теле двигателя, при этом двигатель дополнительно снабжен системой распыления и воспламенения топливной смеси, системой подачи высокого давления рабочего хода на створки, системой продувки отработанных газов из предкамеры сгорания после рабочего хода, системой герметизации торцевых стенок лопастей с торцевыми стенками цилиндра в зоне контакта и компенсации износа указанных стенок. Система распыления и воспламенения топливной смеси содержит два перепускных клапана, форсунку воздуха, форсунку топлива и насос высокого давления, рабочим телом которого является поступающий сжатый воздух из полости сжатия в корпусе цилиндра, а поршень насоса высокого давления через шток кинематически связан с эксцентриком на валу ведомой шестерни, которая через цепную передачу с передаточным числом 1/ 2 соединена с ведущей шестерней, посаженной на валу ротора двигателя, таким образом, что подаваемая через форсунку воздуха в предкамеру сгорания с высокой температурой и под высоким давлением струя воздуха направлена на распыляемую форсункой топлива струю топлива с образованием высокодисперсной самовоспламеняющейся топливной смеси. Система подачи высокого давления рабочего хода на створки во время отхода лопастей от створок на угол до 90° при высокой скорости вращения ротора содержит отверстие на торцевой стенке цилиндра, трубопровод, разделенный штоком с проточкой для снятия давления после перемещения лопастей более чем на 90°, который кинематически связан через коромысло с кулачком на ведомой шестерне цепной передачи, и насос для отделения рабочих газов от воздуха, соединенный трубопроводами с полостями, находящимися над торцами створок. Система продувки отработанных газов из предкамеры сгорания после рабочего хода включает в себя полости, находящиеся над торцами створок, два перепускных клапана и трубопровод от упомянутых полостей до одного из перепускных клапанов, соединенного с предкамерой сгорания. Система герметизации торцевых стенок лопастей с торцевыми стенками цилиндра в зоне контакта включает в себя сплошной поперечный разрез ротора с лопастями, пружины, работающие на раздвижение частей ротора в месте разреза, и прижим торцевых стенок лопастей к торцевым стенкам цилиндра, при этом упомянутые пружины посажены на валу ротора между корпусами масляных каналов охлаждения ротора и шестернями, находящимися на валу ротора. Устройство увеличения срока службы пластин уплотнения в зоне контакта вершин лопастей с внутренней поверхностью цилиндра содержит пластину уплотнения, соединенную с противовесом через зубчатый шток, установленный между ними в лопасти.

Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 показана принципиальная схема предлагаемого роторно-лопастного двигателя.

На фиг.2 - вид вала с торца.

На фиг.3 - сечение А-А вала на фиг.2.

На фиг.4 - сечение П-П вала на фиг.2.

На фиг.5 - вид цилиндра с торца.

На фиг.6 - вид цилиндра сверху.

На фиг.7 - ступенчатый разрез В-В двигателя на фиг.9.

На фиг.8 - фигурный разрез Б-Б двигателя на фиг.7.

На фиг.9 - сечение Г-Г двигателя на фиг.7.

На фиг.10 - вид двигателя в сборе с валом.

На фиг.11 - продольный разрез форсунки воздуха.

На фиг.12 - разрез узла штока переключения давления газов на створки.

На фиг.13 - кинематика привода поршня насоса высокого давления и штока переключения давления газов на торцы створок.

Роторно-лопастной двигатель состоит из ротора, включающего в себя вал 52 ротора с лопастями 51 и 53 ротора (фиг.1, 2, 3), корпуса 12 цилиндрической формы (фиг.5, 6, 7), закрытого с торцевых сторон торцевыми стенками 54, 55 (фиг.6), прикрепленными к корпусу 12 болтами 70 (фиг.10). Болты 70 проходят через отверстия 56 (фиг.5, 7) в торцевых стенках 54, 55 и в корпусах подшипников 57 (фиг.10). Во всю длину корпуса 12 установлены радиально две выдвижные перегородки в виде створок 7, 24 (фиг.1, 7), проходящие через окно 67 (фиг.6) в корпусе 12. Створки 7, 24 делят объем корпуса 12 на две равные части, т.к. они упираются торцами в лопасти 51, 53 ротора, сидящие на валу 52 ротора (фиг.1, 7). Створки 7 и 24 прижимаются пружинами 1 и 27 для создания места герметизации лопастей со створками. Пружины 1 и 27 устанавливаются в гнездах, которые прижаты крышками 82, ввинчиваемыми в корпус двигателя. Лопасти 51, 53 вершинами касаются внутренней цилиндрической поверхности корпуса и, проходя створки во время вращения вала по часовой стрелке, образуют полости 19, 11, 37, 41, которые, в свою очередь, образуют две рабочие зоны: воздушную и топливную. Полости 11 и 19 образуют воздушную зону, а полости 37, 41 образуют топливную зону. Эти зоны отделены друг от друга створками 7 и 24. По бокам корпуса 12 около окон 67 с обеих сторон имеются впускные (выпускные) окна 20, 10, 35, 21 (фиг.1, 5, 7). В полость 19 через окно 20 и трубу 22 - всасывания, засасывается воздух - полость всасывания. Из полости 11 - полости сжатия - сжимаемый воздух вытесняется через окно 10 и перепускной клапан 8 в систему распыления и воспламенения топливной смеси. Система распыления и воспламенения топливной смеси включает в себя перепускной клапан 8, перепускной клапан 32, насос 29 высокого давления, форсунку 31 воздуха, форсунку топлива 33 и трубопровод 3, находящийся в теле двигателя (фиг.1, 13, 15). Окно 10 через перепускной клапан 8 соединено трубопроводом 3 с перепускным клапаном 32 (фиг.1, 7, 9) и с верхней камерой 28 насоса 29 высокого давления. Нижняя камера 30 насоса 29 высокого давления соединена трубопроводом с форсункой 31 воздуха, и перепускным клапаном 32 (фиг.1, 8). К предкамере 9 сгорания присоединены форсунка 31 воздуха, перепускной клапан 34, топливная форсунка 33. Из топливной форсунки топливо распыляется, и на распыленную струю направляется струя сильно сжатого и раскаленного воздуха, отчего распыленная струя «бомбардируется» этим воздухом и хорошо перемешивается с ним, образуя высокодисперсную топливную смесь, и воспламеняется. Предкамера 9 сгорания топливной смеси выходит через окно 35 в корпусе 12 в полость 37 (фиг.1, 7, 8) рабочего хода. Поршень насоса высокого давления приводится в движение от цепной передачи с передаточным числом 1/ 2. Ведущая шестерня 49 цепной передачи (фиг.1, 10, 15) жестко сидит на валу 52. На ведомой шестерне 47 имеется эксцентрик 48, с которым соединен шток поршня насоса 29 высокого давления. Из предкамеры 9 сгорания (фиг.1, 7, 8) расширяющиеся газы через окно 35 поступают в полость 37 - полость рабочего хода. Из полости 41 выхлопа через окно 21 (фиг.1, 7) и выхлопную трубу 23 отработанные газы вытесняются лопастями наружу. Вал 52 ротора с лопастями 51, 53 имеют внутреннюю полость 14 (фиг.2, 3, 4) для масляного охлаждения ротора.

Масло для охлаждения подводится к патрубку 62 (фиг.10) через масляный канал 69 охлаждения ротора, отверстие 63 на валу ротора, через полость 14 вала ротора 52 и лопастей 51, 53, а отводится через такой же патрубок 62 на другом конце вала. Устройство увеличения срока службы пластин уплотнения в зоне контакта вершин лопастей с внутренней поверхностью цилиндра содержит выполненную на каждой вершине лопасти канавку 16 (фиг.2, 3), в которую вставлена пластина 18 уплотнения, подпружиненная изогнутыми пружинящими пластинами 17 для герметизации места контакта вершин лопастей 51, 53 с внутренней поверхностью корпуса 12, и противовес 75 в канавке 84 (фиг.2, 3), а между ними установлен зубчатый шток 50, который зубцами соединяет пластину 18 уплотнения с противовесом 75. Это устройство предусмотрено для устранения действия центробежной силы, возникающей при вращении ротора и вызывающей ускоренный износ пластины 18 от действия центробежной силы. Для обеспечения герметичности мест контакта торцевых поверхностей лопастей с торцевыми поверхностями стенок цилиндра в зоне их контакта и компенсации износа указанных торцевых поверхностей двигатель снабжен системой герметизации торцевых стенок лопастей с торцевыми стенками цилиндра в зоне их контакта, которая включает в себя сплошной поперечный фигурный разрез 64 ротора с лопастями, пружины 60 (фиг.10), работающие на раздвижение частей ротора в месте разреза и прижим торцевых стенок лопастей к торцевым стенкам цилиндра, при этом пружины 60 посажены на валу 52 ротора между корпусами масляных каналов 62, жестко закрепленными на корпусе двигателя, и шестернями 49 и 59, жестко сидящими на валу ротора. Части ротора с лопастями в месте разреза 64 имеют соединение, выполненное в виде шлицевого, а по периметру лопастей - в виде «юбки» 66 (фиг.3, 4), чтобы не пропускать сжатые газы через соединение, а для прочного сцепления частей ротора друг с другом на одной половине вала имеются два прямоугольных выступа 65 (фиг.2, 3, 4), вставляемых в ответные пазы на другой половине вала. Разрез 64 необходим для плотного прижатия торцевых стенок лопастей и внутренних торцевых стенок 55 корпуса 12. С двух сторон на валу 52 установлены пружины 60 (фиг.10), создающие усилия, направленные на раздвижение ротора с лопастями в месте разреза 64 для плотного прижима торцевых стенок лопастей к торцевым стенкам корпуса и герметизации мест их контакта. Система подачи высокого давления рабочего хода на створки из полости 37 рабочего хода в полости 6, 26 над торцами створок 7 и 24 для плотного прижима их к лопастям 51, 53 включает в себя отверстие 36 на торцевой стенке 55 корпуса 12, канал из трубопроводов 42 (фиг.1, 5) и 45, насос 38 для отделения топливных газов от воздуха, подаваемого на торцы створок, шток 43 с проточкой 75, коромысло 15 (фиг.1, 13), кулачок 13 на ведомой шестерне 47 цепной передачи. Насос 38 (фиг.1) введен для отделения расширяющихся газов от воздуха, поступающего в полости 6, 26 по трубопроводу 45, чтобы не пропускать через трубопровод 45 рабочие газы, от которых может осесть нагар на стенках трубопровода. В трубопроводе 42 (фиг.1) имеется шток 43 с проточкой 75, который предусмотрен для перекрытия поступления расширяющихся газов после поворота лопастей 51, 53 от створок 7 и 24 на угол более 90°, снимая высокое давление с торцов створок 7, 24, и отвода газов из нижней полости насоса наружу двигателя через проточку 75 (фиг.12) в штоке 43 и трубопровод 44. Шток 43 (фиг.1, 12, 13) приводится в движение от кулачкового выступа (кулачка) 13, занимающего полуокружность зубчатого колеса 47 зубчатой передачи. Между торцами створок 7, 24 и пазами в теле двигателя, в которых перемещаются возвратно-поступательно створки 7, 24, скользя своими торцами по лопастям 51, 53 ротора (фиг.1, 7) образованы полости 6, 26. Полости 5, 25 расположены симметрично полостям 6, 26 над торцами створок 7, 24 (фиг.1, 7) и изолированы от них. Полость 5 соединена с полостью 25 трубопроводом 46 (фиг.1, 7, 8), полость 6 соединена с полостью 26 трубопроводом 45. Воздух для заполнения увеличивающихся объемов полостей 5, 25 при движении створок 7, 24 внутрь корпуса поступает через патрубок 71, через перепускной клапан 2 и трубопровод 4 (фиг.1, 9). Система продувки отработанных газов из предкамеры сгорания после рабочего хода включает в себя полости 5 и 25 над торцами створок, трубопровод 4 от полостей 5, 25, перепускной клапан 34, соединенный с предкамерой 9 сгорания топливной смеси, и перепускной клапан 2 (фиг.1, 8). Продувка предкамеры сгорания осуществляется сжатым воздухом, подаваемым через трубопровод 4 из полостей 5, 25 при движении створок 7, 24 во время их вытеснения лопастями 51, 53 из корпуса, через перепускной клапан 34 в предкамеру 9 сгорания. Для распыления топлива в предкамере сгорания топливо подводится от топливной аппаратуры (на чертежах не показана) через топливную форсунку 33 (фиг.1, 7).

С двух сторон вала 52 установлены подшипники 57 скольжения с вкладышами 61 (фиг.10). Подшипники 57 крепятся к торцевым стенкам 54, 55 корпуса 12. Вода для охлаждения корпуса подводится к патрубку 58 и, пройдя полость двигателя, отводится через патрубок 68 (фиг.7).

Масло для смазки штоков насоса 29 высокого давления, клапанов 2, 8, 32, 34, форсунки 31 воздуха заливается через патрубок 83 в верхней крышке 79 двигателя (фиг.7). Перепускной клапан 8 открывается тогда, когда давление сжимаемого воздуха в полости 11 корпуса 12 превысит натяжение пружины перепускного клапана и подается это давление с торца клапана. Аналогично устроены и перепускные клапаны 2, 32, 34, но давление для открытия клапанов подводится сбоку клапанов (фиг.1, 8, 9). Форсунка 31 воздуха (фиг.8) открывается тогда, когда давление воздуха для открытия подводится сбоку и превысит натяжение ее пружины, и, пройдя форсунку, выходит с ее торца. Регулировка усилия натяжения пружин для открытия клапанов и форсунки воздуха производится изготовителем.

Для регулирования натяжения пружины форсунки 31 воздуха имеются гайки 73, 74, которые навинчиваются на шток форсунки воздуха (фиг.11). Для уплотнения створок 7, 24 со стенками пазов двигателя, по которым перемещаются створки, имеются канавки 72 в теле двигателя и в створках 7, 24 (фиг.7), в которые вставлены подпружиненные пластины уплотнения. Предлагаемый роторно-лопастной двигатель работает следующим образом. При вращении лопастей 51, 53 ротора на валу 52 в корпусе 12 за половину их оборота одновременно идет всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп. За другую половину оборота вала цикл повторяется и достигается это тем, что объем цилиндрического корпуса 12 разделен на две рабочие зоны: воздушную и топливную, образованные двумя створками 7, 24, перемещающимися радиально, скользя по поверхностям лопастей 51, 53. При движении лопастей от одной створки до другой по часовой стрелке образуются полости в корпусе 12. Полость 19 всасывания, начиная с нуля, увеличивается до максимального значения - половины объема цилиндра, там идет всасывание воздуха через окно 20 в корпусе 12. Полость 11, соответственно, уменьшается до нуля, там идет сжатие воздуха, который вытесняется из полости через окно 10 корпуса 12 в предкамеру 9 через два перепускных клапана 8, 32, насосом высокого давления 29 повышает давление и через форсунку 31 воздуха поступает в предкамеру 9 сгорания. Указанные клапаны 8, 32, насос 29, форсунка 31 вместе с топливной форсункой 33 входят в систему распыления и воспламенения топливной смеси. Полость 37 рабочего хода увеличивается при повороте лопастей с нуля до максимального значения - половины объема всего цилиндра, там идет рабочий ход, т.к. через окно 35 из предкамеры 9 сгорания расширяющиеся газы поступают в полость 37, давят на лопасть 51 и вращают вал. Полость 41 соответственно уменьшается до нуля, там идет выхлоп отработанных газов через окно 21 в корпусе 12.

Движение поршня вниз начинается в момент, когда лопасти 7, 24 не доходят створок на 15°-5°, это достигается перестановкой зубьев шестерни 47 с установкой эксцентрика 48 в верхней мертвой точке. Поршень насоса 29 высокого давления сделает движение вниз и поднимется вверх за половину оборота вала 52. Сжимаемый воздух из полости 11 вытесняется через окно 10 и поступит через перепускной клапан 8 по трубопроводу 3 в верхнюю увеличивающуюся в объеме камеру 28 насоса 29 высокого давления до момента, когда продольная ось лопастей составит угол 90° с продольной осью створок. Сжимаемый воздух может поступить и в нижнюю камеру 30 насоса 29 высокого давления через клапан 32, но клапан 32 в это время закрыт, т.к. поршень насоса 29, двигаясь вниз, уменьшает объем камеры 30 и повышает давление в ней, начиная от того значения, что создалось ранее от сжатия воздуха в полости 11 корпуса 12. Это давление откроет форсунку воздуха 31, воздух поступит в предкамеру сгорания 9. При повороте лопастей на угол от 90° до 180° поршень насоса 29 начнет подниматься вверх, сжимаемый воздух из полости 11 корпуса 12 будет поступать в нижнюю камеру 30, т.к. в нижней камере 30 создается разрежение воздуха, при этом клапан 32 открывается и воздух начинает поступать через клапан 32 в нижнюю камеру 30. Из верхней камеры 28 насоса высокого давления воздух будет также переходить в нижнюю камеру 30 по трубопроводу 3, через клапан 32. После того как лопасть 53 дойдет до створки 7, сжатый воздух из полости 11 полностью вытесняется в нижнюю камеру 30 насоса 29 и воздух из верхней камеры 28 тоже прейдет в нижнюю. Давление в камере 30 будет максимальное, какое может создать лопасть при движении за время сжатия воздуха в полости 11. В момент, когда лопасть 51 дойдет до створки 7, а поршень насоса 29 начнет движение вниз, закроется клапан 32 и будет происходить дальнейшее повышение давления в камере 30. Это давление преодолеет натяжение пружины в форсунке 31 воздуха, и, открыв ее клапан, сильно сжатый воздух будет поступать в предкамеру 9 сгорания раскаленной струей до тех пор, пока поршень насоса 29 не дойдет до нижней мертвой точки и не выдавит весь сжимаемый воздух из камеры 30. Форсунка 31 воздуха открывается в тот момент, когда лопасть только что перекроет окно 35 корпуса 12. Для этого поршень насоса 29 должен начать движение вниз в момент, когда лопасти 51 на 15°-5° не дойдет до створки 7, чтобы создать давление в камере 30 насоса 29 высокого давления для открытия клапана форсунки 31 воздуха, а за это время лопасть 51 дойдет до створки и закроет окно 35. Момент открытия клапана форсунки 31 воздуха достигается перестановкой зубьев шестерни 47 цепной передачи и изменением натяжения пружины форсунки воздуха. Для этого нужно установить вал, не доходя лопастью 51 до створки 7 на 15°-5°, эксцентрик 48 шестерни 47 цепной передачи нужно установить в верхней мертвой точке перестановкой зубьев на цепной передаче. Вывернуть форсунку 33 топлива и вместо нее ввернуть манометр. Ослабить натяжение пружины форсунки 31 воздуха выворачиванием гайки 74 на несколько оборотов, и, вращая вал ротора, добиться появления наибольшего импульсного значения высокого давления в предкамере 9 сгорания завинчиванием гайки 74 на штоке форсунки 31 воздуха. Законтрить гайку 74 гайкой 73. Когда лопасть 51 после перекрытия окна 35 повернется еще на 3-5°, подается топливо через топливную форсунку 33 в предкамеру 9 сгорания. Топливо распыляется форсункой 33 топлива и на образованную струю подается струя сильно сжатого, с высокой температурой воздуха из форсунки 31 воздуха, «бомбардируя» распыленную форсункой топлива струю, еще больше распыляет ее, образуя высокодисперсную самовоспламеняющуюся топливную смесь, интенсивно и эффективно смешивает топливо с раскаленным воздухом, что приводит к самовоспламенению топливной смеси.

Полученная топливная смесь самовоспламеняется и горит. Время горения смеси увеличивается, т.к. еще продолжается поступление сжатого воздуха, поэтому топливо сгорает полностью в предкамере 9 сгорания. Расширяющиеся рабочие газы поступают в рабочую полость 37 и давят на лопасть, обеспечивая вращение ротора. Лопасть 51, дойдя до створки 24, откроет окно 21. Давление в полости 37 сбросится. Сбросится высокое давление и в предкамере 9 сгорания, т.к. окно 21 корпуса 12 шире других окон 10, 20, 35 корпуса. Вершины лопастей 51, 53, находясь на линии створок 7, 24, не перекроют одновременно окна 21, 35, значит сбрасывается высокое давление и в предкамере 9 сгорания. Этим создаются условия для срабатывания системы продувки отработанных газов из предкамеры сгорания. При сбросе давления в предкамере 9 создается условие для открытия клапана 34, т.к. створки 7, 24, находясь в выдавленном положении, торцами сжимают воздух в полостях 5, 25, который вытесняется, и по трубопроводу 4 через открывшийся клапан 34 поступает в предкамеру 9 сгорания для продувки отработанных газов из предкамеры. Другая лопасть, прошедшая створку 7, начнет выталкивать отработанные газы из полости 41 через окно 21 и выхлопную трубу 23 с одной стороны лопасти, а с другой стороны лопасти также начнется рабочий ход следующего цикла.

При большой скорости вращения лопастей ротора створки 7, 24 могут быть «выбиты» по инерции или отстать с прижатием к лопастям во время отхода лопасти от створок и этим нарушится работа двигателя из-за перехода газов из одной полости цилиндра в другую. Чтобы этого не произошло, предусмотрена система подачи давления рабочего хода на створки для обеспечения прижима створок к лопастям давлением рабочих газов из полости рабочего хода на торцы створок 7, 24. Лопасть 51, пройдя окно 35, откроет отверстие 36 трубопровода на торцевой стенке 55 корпуса 12, и газы из предкамеры 9 сгорания будут поступать через отверстие 36, трубопровод 42, в нижнюю камеру 39 насоса 38 и сильно надавит на поршень 38. Из верхней камеры насоса 38 сильно сжатый воздух выйдет через трубопроводы 40, 45 и поступит в полости 6, 26, сильно надавит на торцы створок 7, 24, которые прижмутся к лопастям, тем самым створки будут постоянно прижиматься к ним и не отстанут от них с прижатием при прохождении лопастей с большой скоростью. Чтобы снять высокое давление во время вытеснения створок лопастями из цилиндра 12 после 90° вращения вала, на ведомом зубчатом колесе подойдет кулачковый выступ 13, занимающий полуокружность колеса 47, и коромысло 15 передвинет шток 43, который перекроет трубопровод 42. Рабочие газы из полости 37 через отверстие 36 не будут поступать к поршню 38 насоса, а вытесняемый воздух из полостей 6, 26 створками 7, 24 и пружиной насоса 38 будет возвращать поршень, а газ, находящийся в нижней камере 39 насоса, которая будет соединена с трубопроводом 44 через проточку 75 в штоке 43, выйдет наружу.

Воздух, сжимаемый в полостях 5, 25 торцами створок, вытесняемых лопастями, для продувки предкамеры сгорания, будет являться амортизатором для створок во время их вытеснения лопастями из корпуса 12, так как этот сжатый воздух выйдет из полостей 5, 25 через клапан 34 только тогда, когда створки и лопасти будут на одной осевой линии и когда сбросится давление в полости рабочего хода для продувки предкамеры сгорания, т.е. когда движение створок на вытеснение прекратится.

Устройство увеличения срока службы пластин 18 уплотнения, установленных в зоне контакта вершин лопастей с внутренней поверхностью цилиндра 12 для герметизации места контакта, предусмотрено для устранения износа пластины 18 при действии центробежной силы и содержит в себе пластины 18 уплотнения, установленные в канавках 16, находящихся на лопастях, при этом пластины 18 подпружинены изогнутыми пластинами 17 к внутренней поверхности цилиндра, параллельно им устанавливается противовес 75 в канавках 84, вес которых равен весу пластин 18 с пластинами 17, а между ними устанавливается зубчатый шток 50 в виде зубчатого колеса на оси 76, которая вставляется в отверстия лопасти. Зубцы штока сцепляются с зубцами пластины и противовеса. При увеличении числа оборотов двигателя на пластины действует центробежная сила, которая с увеличением числа оборотов двигателя будет сильно возрастать и прижимать пластины к внутренней поверхности цилиндра, из-за чего увеличивается трение пластин уплотнения 18 с внутренней поверхностью цилиндра. Значит, увеличивается износ пластин в месте контакта, поэтому предусмотрен противовес, который снимает действие центробежной силы, прижимающей пластины к внутренней поверхности цилиндра при любой скорости вращения лопастей, а прижатие пластин 18 к внутренней поверхности цилиндра обеспечат подпружинивающие пластины 17, которые будут давить с постоянной силой, что обеспечит большой срок службы пластин 18 уплотнения в месте герметизации.

Предлагаемый роторно-лопастной двигатель обладает более долгим сроком службы. Двигатель прост в эксплуатации и не требует дорогостоящей топливной аппаратуры, благодаря примененной системе распыления и воспламенения. Благодаря небольшим габаритам и введению устройства ликвидации действия центробежной силы на уплотнения в месте контакта вершин лопастей с внутренней поверхностью цилиндра увеличивается ресурс. Предлагаемый двигатель может найти применение в автомобилестроении, судостроении, мототранспорте, сельскохозяйственной технике, в передвижных электростанциях. Введение в конструкцию двигателя системы распыления и воспламенения топливной смеси позволило отказаться от свечей зажигания, использование системы подачи высокого давления рабочего хода на створки обеспечивает плотный и постоянный прижим створок к лопастям и позволяет увеличить скорость вращения ротора, система продувки отработанных газов из предкамеры сгорания после рабочего хода позволяет повысить кпд двигателя и увеличить срок его службы, а система герметизации торцевых стенок лопастей с торцевыми стенками цилиндра в зоне контакта позволяет повысить надежность работы и долговечность двигателя.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Роторно-лопастной двигатель, содержащий корпус, имеющий радиальные перегородки, установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своей оси ротор с радиальными лопастями, взаимодействующими с внутренней кольцевой поверхностью корпуса и с радиальными перегородками, а также уплотнения для герметизации зон контакта лопастей ротора с внутренней кольцевой поверхностью корпуса, отличающийся тем, что упомянутые уплотнения выполнены в виде пластин уплотнения, размещенных в пазах на вершинах лопастей, и противовесов, соединенных с указанными пластинами через зубчатые штоки, установленные между ними в лопастях.

2. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что радиальные перегородки выполнены в виде выдвижных створок, установленных в пазах, выполненных в теле корпуса, при этом внутренний объем корпуса разделен створками на две рабочие зоны: воздушную, состоящую из полостей всасывания и сжатия воздуха, и топливную, состоящую из полостей рабочего хода и выхлопа, причем каждая из указанных полостей снабжена впускным или выпускным окном, а полость рабочего хода соединена с впускным окном с предкамерой сгорания, которая выполнена в теле двигателя, при этом двигатель дополнительно снабжен системой распыления и воспламенения топливной смеси, системой подачи высокого давления рабочего хода" на створки, системой продувки отработанных газов из предкамеры сгорания после рабочего хода и системой герметизации торцевых стенок лопастей с торцевыми стенками цилиндра в зоне контакта и компенсации износа указанных стенок.

3. Роторно-лопастной двигатель по п.2, отличающийся тем, что система распыления и воспламенения топливной смеси содержит два перепускных клапана, форсунку воздуха, форсунку топлива и насос высокого давления, рабочим телом которого является поступающий сжатый воздух из полости сжатия в корпусе цилиндра, а поршень насоса высокого давления через шток кинематически связан с эксцентриком на валу ведомой шестерни, которая через цепную передачу с передаточным числом 1/2 соединена с ведущей шестерней, посаженной на валу ротора двигателя таким образом, что подаваемая через форсунку воздуха в предкамеру сгорания с высокой температурой и под высоким давлением струя воздуха направлена на распыляемую форсункой топлива струю топлива с образованием высокодисперсной самовоспламеняющейся топливной смеси.

4. Роторно-лопастной двигатель по п.2, отличающийся тем, что система подачи высокого давления рабочего хода на створки во время отхода лопастей от створок на угол до 90° при высокой скорости вращения ротора содержит отверстие на торцевой стенке цилиндра, трубопровод, разделенный штоком с проточкой для снятия давления после перемещения лопастей более чем на 90°, который кинематически связан посредством коромысла с кулачком на ведомой шестерне цепной передачи, и насос для отделения рабочих газов от воздуха, соединенный трубопроводами с полостями, находящимися над торцами створок.

5. Роторно-лопастной двигатель по п.2, отличающийся тем, что система продувки отработанных газов из предкамеры сгорания после рабочего хода включает в себя два перепускных клапана, полости над торцами створок и трубопровод от указанных полостей до одного из перепускных клапанов, соединенного с предкамерой сгорания.

6. Роторно-лопастной двигатель по п.2, отличающийся тем, что система герметизации торцевых стенок лопастей с торцевыми стенками цилиндра в зоне контакта включает в себя сплошной поперечный разрез ротора с лопастями, пружины, работающие на раздвижение частей ротора в месте разреза и прижим торцевых стенок лопастей к торцевым стенкам цилиндра, при этом упомянутые пружины посажены на валу ротора между корпусами масляных каналов охлаждения ротора и шестернями, находящимися на валу ротора.

www.freepatent.ru

Многосекционный роторно-лопастной двигатель

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением рабочих органов в кольцевой рабочей камере. Многосекционный роторно-лопастной двигатель состоит из секций двухтактных двигателей, каждая из которых имеет кольцевую рабочую камеру, свечу зажигания, два лопастных ротора, выполненных с возможностью вращения относительно центральной оси двигателя, впускные и выпускные клапана и механизм периодического изменения скорости лопастных роторов, включающий кривошип, на полуоси которого закреплен ползун, скользящий по направляющей, закрепленной на валу направляющих. Лопастные роторы выполнены на втулках и/или дисках, и каждый из них жестко связан с кривошипом, расположенным с торца секции. Валы направляющих через зубчатую передачу соединены с общим для лопастных роторов секции внешним валом. Ось вращения валов направляющих находится между двумя противоположными точками на окружности, описываемой полуосью кривошипа, и смещена от центральной оси двигателя, а кривошипы находятся в противофазе друг к другу. Увеличивается износостойкость шестеренок механизма, уменьшается инерционность деталей вращающихся со знакопеременным ускорением, увеличивается ресурс работы двигателя, увеличивается мощность двигателя, уменьшается вибрация корпуса, возникающая в результате ускорения лопастных роторов. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением рабочих органов в кольцевой рабочей камере, его наилучшее применение в качестве секции многосекционного двигателя внутреннего сгорания, оно может также использоваться как роторная машина объемного типа, пневмо- и гидромашина, при создании насосов, компрессоров, гидроприводов.

Известна роторно-лопастная машина, содержащая неподвижный корпус, внутри которого вращаются лопастные роторы с изменяющейся скоростью, так что объемы, на которые разделен корпус роторами, изменяются циклически. Роторы закреплены на соосных валах, имеющих на свободных концах водила. Механизм периодического изменения скоростей выполнен в виде установленного на внутреннем конце выходного вала водила со свободно вращающимися на полуосях зубчатыми колесами, на дисках которых установлены полуоси, и неподвижного зубчатого колеса, входящего в зацепление с этими зубчатыми колесами. Водила на концах валов с роторами имеют радиальный паз, сквозь который проходит полуось, установленная на диске зубчатого колеса.

Данный механизм имеет неуравновешенные водила, что сопровождается вибрацией механизма, кроме того, степень сжатия механизма зависит от минимального расстояния между полуосью, проходящей через радиальные пазы водил, и осью вращения центрального вала, которое в данном механизме ограничивается расстоянием, необходимым для их крепления, уменьшение этого расстояния приводит к уменьшению жесткости крепления водил и снижению надежности, кроме того, длинные водила предложенного механизма подвергаются воздействию крутящих сил, направленных перпендикулярно их оси, что ведет к уменьшению надежности предложенного механизма (RU 2175720 С2, МПК F01C 1/00, F04C 2/00 10.11.2001).

За прототип принят патент, содержащий кольцевую рабочую камеру с впускными и выпускными отверстиями, торцовые крышки, выходной вал и две пары лопастных роторов, разделяющих внутренний объем камеры на изолированные друг от друга сектора, свечу зажигания и механизм периодического изменения скоростей, который выполнен в виде зубчатой передачи с внешним или внутренним зацеплением, передаточным числом два, колесо которой жестко связано с лопастным ротором, а шестеренка располагается с торца двигателя, имеет неподвижную ось вращения и жестко связана с кривошипом, на полуоси которого крепится ползун, скользящий по направляющей, жестко закрепленной на валу, который имеет неподвижную ось вращения, находящуюся между осью шестеренки и полуосью кривошипа, и кинематическое соединение с ведущим валом (RU №2292463 С2, 18.07.2005).

Одним из недостатков прототипа двигателя является невысокая износостойкость шестеренок механизма периодического изменения скоростей, которые подвергаются периодическим нагрузкам противоположного направления.

Второй недостаток двигателя - его малая мощность, которая ограничивается мощностью шестеренок механизма и инерционностью деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением, что также ограничивает скорость вращения выходного вала.

Задачей изобретения является увеличение износостойкости шестеренок механизма, уменьшение инерционности деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением, увеличение ресурса работы двигателя, увеличение мощности двигателя, уменьшение вибрации корпуса, возникающей в результате ускорения лопастных ротора.

Данная задача решается в двигателе, содержащем секции двухтактных двигателей, каждая из которых имеет кольцевую рабочую камеру, свечу зажигания, два лопастных ротора, выполненных с возможностью вращения относительно центральной оси двигателя, впускные и выпускные клапана и механизм периодического изменения скорости лопастных роторов, включающий кривошип, на полуоси которого закреплен ползун, скользящий по направляющей, закрепленной на валу направляющих, в котором лопастные роторы выполнены на втулках и/или дисках, и каждый из них жестко связан с кривошипом, расположенным с торца секции, валы направляющих через зубчатую передачу соединены с общим для лопастных роторов секции внешним валом, причем ось вращения валов направляющих находится между двумя противоположными точками на окружности, описываемой полуосью кривошипа, и смещена от центральной оси двигателя, а кривошипы находятся в противофазе друг к другу.

Кроме того, внешний вал расположен вне секции двигателя и имеет шестеренки, входящие в зацепление с шестеренками валов направляющих.

Кроме того, положение кривошипов, находящихся в противофазе, соответствует их одновременному положению в двух мертвых точках, создаваемых механизмом.

Кроме того, корпуса многосекционного двигателя жестко соединены друг с другом, причем при торцовом соединении секций их лопастные роторы выполнены вращающимися в противоположных направлениях, а шестеренка внешнего вала одной секции входит в зацепление с шестеренкой внешнего вала другой секции или шестеренка вала направляющих одной секции входит в зацепление с шестеренкой вала направляющих другой секции.

Кроме того, шестеренки вала направляющих выполнены по периметру цилиндра, в котором со стороны кривошипа имеется диагональный вырез, выполняющий функцию направляющих, а сам цилиндр выполняет функцию маховика секции.

Различие двигателей состоит в том, что теперь кривошип жестко связан с лопастными роторами, а вал направляющих имеет кинематическую связь с выходным валом, в результате чего появилась возможность увеличить диаметр полуоси кривошипа и мощность зубчатых передач без увеличения инерционности деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением лопастных роторов и кривошипов.

Увеличение мощности зубчатой передачи связано с увеличением диаметра зубчатых колес и ширины зацепления зубцов. Такое увеличение мощности реализуется совмещением направляющих с шестеренкой, при этом ширину шестеренок и зубчатого зацепления можно значительно увеличить, при этом инерционная масса таких шестеренок выполняет функцию маховика.

При таком строении двигателя и механизма периодического изменения скоростей имеется возможность значительно уменьшить инерционности деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением. Уменьшение связано как с отсутствием шестеренок, вращающихся со знакопеременным ускорением, так и с возможностью уменьшить диаметр внутреннего цилиндра кольцевой камеры, причем последнее не ведет к потере жесткости крепления лопастных роторов, так как их ширина и площадь крепления на втулках может быть увеличена по сравнению с прототипом за счет уменьшения количества лопастных роторов в камере.

Таким образом, такое строение механизма периодического изменения скоростей и строение камеры позволяет увеличить износостойкость шестеренок, уменьшить инерционность деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением, что ведет к увеличению ресурса работы двигателя.

Такое увеличение площади крепления лопастных роторов на втулке и мощности шестеренок, а также уменьшение инерционности деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением, увеличивает скорость вращения выходного вала и мощность двигателя.

На Фиг.1 представлен пример схемы расположения узлов механизма периодического изменения скоростей, способ соединения валов направляющих, при этом содержимое секции, лопасти и механизм периодического изменения скоростей лопастных роторов обведен (пунктирной линией).

На Фиг.2 представлена схема расположения лопастных роторов, попеременно меняющих скорость и одновременно двигающихся в одном направлении, а также положение свечи зажигания и клапанов.

На Фиг.3 представлен пример схемы соединения двух секций, при котором шестеренка внешнего вала одной секции входит в зацепление с шестеренкой внешнего вала другой секции, при этом содержимое секций представлено схематически (пунктирной линией).

На Фиг.4 представлен пример схемы соединения двух секций, при котором шестеренка вала направляющих одной секции входит в зацепление с шестеренкой вала направляющих другой секции, при этом содержимое секций представлено схематически (пунктирной линией).

Многосекционный роторно-лопастной двигатель составляется из секций двухтактных двигателей (Фиг.1 и 2), каждая из которых имеет кольцевую рабочую камеру 1, свечу зажигания 2, два лопастных ротора 3, выполненных с возможностью вращения относительно центральной оси двигателя 13, для чего лопастные роторы могут крепиться на втулках и/или дисках 4, впускные и выпускные клапана 5 и механизм периодического изменения скоростей лопастных роторов (в дальнейшем - механизм), в котором каждый лопастной ротор 3 жестко связан с кривошипом 6, расположенным с торца секции, на полуоси которого 7 крепится ползун 8, скользящий по направляющей 9, закрепленной на валу направляющих 10, который через зубчатую передачу, шестеренки 11 и 16 соединяется с общим для лопастных роторов секции внешним валом 12, причем ось вращения валов направляющих 10 находится между двумя противоположными точками на окружности, описываемой полуосью кривошипа 7, и смещена от центральной оси двигателя 13, а кривошипы находятся в противофазе друг к другу.

Механизм секции обеспечивает движение лопастных роторов в одном направлении 14. Многосекционный двигатель собирается минимум из двух секций 15 (Фиг.3 и 4). Для компенсации колебаний каждой секции они соединены в линию, при этом корпуса многосекционного двигателя жестко соединяются друг с другом, их лопастные роторы вращаются в противоположных направлениях, а шестеренка внешнего вала 11 одной секции входит в зацепление с шестеренкой внешнего вала 11 другой секции (Фиг.3) или шестеренка вала направляющих одной секции 16 входит в зацепление с шестеренкой вала направляющих другой секции 16 (Фиг.4).

Каждая секция двигателя работает по двухтактному циклу, при этом лопастные роторы секции, двигаясь в одном направлении, плавно меняют скорость вращения, то сближаясь, на минимальное расстояние, в точке камеры, где расположены клапана и свеча зажигания, то удаляясь друг от друга.

Такое движение лопастных роторов обеспечивает механизм секции. В двигателе предусмотрены свеча зажигания 2 и клапана 5, через которые происходит подача горючей смеси или воздуха и удаление отработанных газов.

Лопастные роторы имеют мертвую точку, в которой их скорости равны. Угол между лопастными роторами в этой точке минимальный.

После прохождения мертвой точки одна пара лопастных роторов снижает угловую скорость до минимальной, а другая плавно набирает скорость.

1. Многосекционный роторно-лопастной двигатель, состоящий из секций двухтактных двигателей, каждая из которых имеет кольцевую рабочую камеру, свечу зажигания, два лопастных ротора, выполненных с возможностью вращения относительно центральной оси двигателя, впускные и выпускные клапаны и механизм периодического изменения скорости лопастных роторов, включающий кривошип, на полуоси которого закреплен ползун, скользящий по направляющей, закрепленной на валу направляющих, отличающийся тем, что лопастные роторы выполнены на втулках и/или дисках и каждый из них жестко связан с кривошипом, расположенным с торца секции, валы направляющих через зубчатую передачу соединены с общим для лопастных роторов секции внешним валом, причем ось вращения валов направляющих находится между двумя противоположными точками на окружности, описываемой полуосью кривошипа, и смещена от центральной оси двигателя, а кривошипы находятся в противофазе друг к другу.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что внешний вал расположен вне секции двигателя и имеет шестеренки, входящие в зацепление с шестеренками валов направляющих.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что положение кривошипов, находящихся в противофазе, соответствует их одновременному положению в двух мертвых точках, создаваемых механизмом.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что корпуса многосекционного двигателя жестко соединены друг с другом, причем при торцовом соединении секций их лопастные роторы выполнены вращающимися в противоположных направлениях, а шестеренка внешнего вала одной секции входит в зацепление с шестеренкой внешнего вала другой секции, или шестеренка вала направляющих одной секции входит в зацепление с шестеренкой вала направляющих другой секции.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что шестеренки вала направляющих выполнены по периметру цилиндра, в котором со стороны кривошипа имеется диагональный вырез, выполняющий функцию направляющих, а сам цилиндр выполняет функцию маховика секции.

www.findpatent.ru

Роторно-лопастной двигатель Вигриянова - Вики

Роторно-лопастная схема двигателя была предложена ещё в 1910 году. Предлагалось только придумать к ней механизм, позволяющий двигаться лопастям по определённой закономерности. В шестидесятых годах прошлого века немецкая фирма Клёкнер-Хумбольд-Дойц (нем. Klöckner-Humboldt-Deutz) провела исследование этого двигателя с механизмом Кауэрца (нем. Eugen Kauertz). Результаты были отрицательными. Одним из отрицательных факторов была работа самого механизма преобразования движения лопастей.

В 1973 году была разработана идея нового механизма преобразования движения лопастей. Идея пришла одновременно О. М. Иванову (Томск) и группе людей из Бердска (Новосибирская область) независимо друг от друга. М. С. Вигриянов к этому не имел ни малейшего отношения.[источник не указан 2848 дней][нейтральность?] Информацию о возможности изготовления роторно-лопастного двигателя он получил лишь в 1978 году, когда Иванов по приезде в Бердск изготовил первый макет этого двигателя.

Бердская группа не стала дальше работать над двигателем по причине внутренних разногласий. Иванов же создал группу из трёх человек: О. М. Иванов — автор идеи, М. С. Вигриянов — инженер-патентовед, В. А. Перемитин — слесарь.

На бердском опытно-механическом заводе (БОМЗ) был изготовлен рабочий образец, который не удалось запустить по простейшим причинам, которые стали понятны позже. За время работы с образцом стали видны некоторые недостатки этого механизма. Иванов предложил новый механизм преобразования движения, который можно было легко изготовить на доступном оборудовании. Двигатель с этим механизмом был изготовлен в Институте теплофизики СО РАН. Из бракованных деталей был собран макет, демонстрируемый Вигрияновым на фотографиях.[источник не указан 2848 дней]

Разработкой интересовались в России и за рубежом: немцы, американцы, бразильцы. Предполагалось просто проверить на работоспособность данную схему, и если бы мотор проработал всего лишь пять минут, авторов схемы это вполне удовлетворило бы. Испытания показали, что в принципе мотор работоспособен, но требует больших доработок. Иванов предложил применить пластинчатые уплотнения вместо канальных в версии Вигриянова и выполнить их из графита. Нерешённой осталась схема уплотнений и смазки торцов валов.

Больше этот двигатель не изготавливался. Директор Института теплофизики СО РАН академик Владимир Накоряков создал акционерное общество для производства данного двигателя.[источник не указан 2848 дней] Интересы Иванова в данном деле не присутствовали. Без автора мотор дальше дорабатывать было некому. Авторство Вигриянова в некоторой степени ставится под сомнение, так как по сути никаких кардинальных изменений в конструкции двигателя с его стороны не было,[нейтральность?] тем более не мог продолжить разработку.

ru.wikiredia.com

Роторно-лопастной двигатель Вигриянова - Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 15 сентября 2015; проверки требуют 3 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 15 сентября 2015; проверки требуют 3 правки. Роторно-лопастной двигатель

Роторно-лопастной двигатель Вигриянова — роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания. Особенность двигателя — применение вращающегося сложносоставного ротора, размещённого внутри цилиндра и состоящего из четырёх лопастей.

История разработки[ | ]

Роторно-лопастная схема двигателя была предложена ещё в 1910 году. Предлагалось только придумать к ней механизм, позволяющий двигаться лопастям по определённой закономерности. В шестидесятых годах прошлого века немецкая фирма Клёкнер-Хумбольд-Дойц (нем. Klöckner-Humboldt-Deutz) провела исследование этого двигателя с механизмом Кауэрца (нем. Eugen Kauertz). Результаты были отрицательными. Одним из отрицательных факторов была работа самого механизма преобразования движения лопастей.

В 1973 году была разработана идея нового механизма преобразования движения лопастей. Идея пришла одновременно О. М. Иванову (Томск) и группе людей из Бердска (Новосибирская область) независимо друг от друга. М. С. Вигриянов к этому не имел ни малейшего отношения.[источник не указан 2442 дня][нейтральность?] Информацию о возможности изготовления роторно-лопастного двигателя он получил лишь в 1978 году, когда Иванов по приезде в Бердск изготовил первый макет этого двигателя.

Бердская группа не стала дальше работать над двигателем по причине внутренних разногласий. Иванов же создал группу из трёх человек: О. М. Иванов — автор идеи, М. С. Вигриянов — инженер-патентовед, В. А. Перемитин — слесарь.

На бердском опытно-механическом заводе (БОМЗ) был изготовлен рабочий образец, который не удалось запустить по простейшим причинам, которые стали понятны позже. За время работы с образцом стали видны некоторые недостатки этого механизма. Иванов предложил новый механизм преобразования движения, который можно было легко изготовить на доступном оборудовании. Двигатель с этим механизмом был изготовлен в Институте теплофизики СО РАН. Из бракованных деталей был собран макет, демонстрируемый Вигрияновым на фотографиях.[источник не указан 2442 дня]

Разработкой интересовались в России и за рубежом: немцы, американцы, бразильцы. Предполага

encyclopaedia.bid

Роторно-лопастной двигатель

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-лопастной двигатель содержит неподвижный статор с двумя торцевыми крышками и эксцентрично установленный в цилиндрической рабочей полости статора ротор с, по крайней мере, одним радиальным пазом. В радиальном пазу ротора размещена лопасть. В теле лопасти выполнена камера сгорания. Камера сгорания содержит клапан нагнетания и рабочего хода, направляющий стержень и клапанные седла. В теле ротора выполнены не менее одного отверстия. В каждом из отверстий помещены штанги с возможностью опоры их на внутреннюю поверхность статора одним концом, а другим - на нижнюю поверхность лопасти. Изобретение направлено на повышение экономичности, компактности и упрощение конструкции двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к роторно-лопастным двигателям внутреннего сгорания.

В качестве прототипа принимается роторно-лопастной двигатель (RU 2172414, кл. F02B 45/02), содержащий статор с торцевыми крышками, камеру сгорания, эксцентрично установленный в цилиндрической полости статора ротор с радиальными пазами, в которых размещены лопасти. В теле статора встроена камера сгорания.

Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности, компактности и упрощение конструкции двигателя.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый роторно-лопастной двигатель содержит неподвижный статор с двумя торцевыми крышками и эксцентрично установленный в цилиндрической рабочей полости статора сплошной ротор с, по крайней мере, одним радиальным пазом, в котором содержится лопасть, в теле которой выполнена камера сгорания, содержащая клапан нагнетания и рабочего хода, направляющий стержень и клапанные седла. В теле ротора выполнены не менее одного отверстия, в каждом из которых помещены толкающие штанги с возможностью опоры их на внутреннюю поверхность статора одним концом, а другим - на нижнюю поверхность лопасти.

На чертеже изображено устройство предлагаемого двигателя в схемном исполнении.

Предлагаемый роторно-лопастной двигатель содержит: статор 9 с двумя торцевыми крышками 11, ротор 10, лопасть 6, размещенную в пазу 13, толкающую штангу 12, камеру сгорания 14, клапан нагнетания и рабочего хода 8, направляющий стержень 4, клапанное седло нагнетания 7, клапанное седло рабочего хода 5, впускной клапан 3, выпускной клапан 1 и разгрузочный клапан 2.

На чертеже обозначено: S - зазор между толкающей штангой и лопастью, у-у - нейтральная линия.

В предлагаемой конструкции роторно-лопастного двигателя лопасть имеет возможность перемещения в радиальном пазу ротора. Клапан нагнетания и рабочего хода имеет возможность перемещаться по направляющему стержню, который своими концами жестко закреплен в клапанных седлах. Клапанные седла жестко закреплены в стенках лопасти. Клапанное седло нагнетания имеет отверстие для нагнетания горючей смеси в камеру сгорания. Клапанное седло рабочего хода имеет отверстие для выпуска отработавших газов из камеры сгорания. Площадь сечения отверстия, выполненного в клапанном седле нагнетания, превышает площадь сечения отверстия, выполненного в клапанном седле рабочего хода. Зазор между толкающей штангой и лопастью равен разности внутреннего диаметра статора и размера линии между стенками полости статора, проходящей через центр ротора и нормальной к нейтральной линии.

Полный цикл работы двигателя происходит за четыре такта: такт первый - впуск, такт второй - сжатие, такт третий - рабочий ход, такт четвертый - продувка.

Такт впуска начинается при вращении ротора по часовой стрелке и положении лопасти на нейтральной линии, как показано на чертеже.

Впускной и выпускной клапаны открыты, разгрузочный клапан закрыт. При подходе лопасти к выпускному клапану он закрывается.

Такт сжатия - впускной и выпускной клапаны закрыты, разгрузочный клапан открыт, клапан нагнетания и рабочего хода, перемещаясь по направляющему стержню, открывает седло клапана нагнетания и закрывает седло рабочего хода под давлением нагнетаемой в камеру сгорания горючей смеси. Горючая смесь заполняет камеру сгорания.

Такт рабочего хода начинается при пересечении лопастью нейтральной линии. Под давлением горючей смеси клапан нагнетания и рабочего хода открывает седло рабочего хода и закрывает седло нагнетания. Впускной и разгрузочный клапаны закрыты, выпускной клапан открыт. В этот момент горючая смесь воспламеняется.

Такт продувки - при пересечении лопастью нейтральной линии открывается разгрузочный и выпускной клапаны, клапан впуска закрыт. В конце продувки лопасть находится в положении начала такта впуска.

1. Роторно-лопастной двигатель, содержащий неподвижный статор с двумя торцевыми крышками, эксцентрично установленный в цилиндрической рабочей полости статора ротор с, по крайней мере, одним радиальным пазом, в котором размещена лопасть, отличающийся тем, что в теле лопасти выполнена камера сгорания, содержащая клапан нагнетания и рабочего хода, направляющий стержень и клапанные седла.

2. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что в теле ротора выполнены не менее одного отверстия, в каждом из которых помещены штанги с возможностью опоры их на внутреннюю поверхность статора одним концом, а другим - на нижнюю поверхность лопасти.

www.findpatent.ru